স্টার্লিং ইঞ্জিন কিভাবে কাজ করে?

 

ভূমিকাঃ

স্টার্লিং ইঞ্জিন(Stirling
engine) হচ্ছে একধরনের তাপ ইঞ্জিন(heat engine) ,
যা গাড়িতে ব্যবহৃত অন্তর্দহন ইঞ্জিন (Internal combustion engine)থেকে
সম্পূর্ণ আলাদা। রবার্ট স্টার্লিং ১৮১৬ সালে এই ইঞ্জিনটি আবিষ্কার করেন। স্টার্লিং ইঞ্জিনের দক্ষতা গ্যাসোলিন অথবা ডিজেল ইঞ্জিন থেকে অনেক
বেশি হওয়া সত্ত্বেও এর ব্যবহার কিছু বিশেষ ক্ষেত্রে সীমাবদ্ধ,যেমনঃ সাবমেরিন,হালকা নৌযানের জন্য শক্তি সরবরাহ ইত্যাদি। যদিও স্টার্লিং ইঞ্জিনের সফল বাজারজাতকরণ এখনও সম্ভব হয়নি,তবুও এর
অনেক রিসার্চ এবং ডেভেলপমেন্টের কাজ চলছে।

স্টার্লিং ইঞ্জিন “স্টার্লিং
চক্র”(Stirling Cycle)এর
মাধ্যমে কাজ করে,যা অন্তর্দহন ইঞ্জিন চক্র থেকে ভিন্ন।

Ø
স্টার্লিং
ইঞ্জিনের ভিতরে যে গ্যাস
(working fluid) থাকে
তা কখনো অপসারণ করা হয়না। এতে কোন নির্গমন ভালভ (exhaust
valve) নেই।ইঞ্জিনের ভেতরে কোন গ্যাসের বিস্ফোরণও ঘটানো হয়না। ফলে,স্টার্লিং ইঞ্জিন কোন প্রকার আওয়াজ সৃষ্টি করেনা।

Ø
স্টার্লিং
চক্র একটি বাহ্যিক তাপ উৎস (external heat source)ব্যবহার
করে,যা গাসোলিন থেকে শুরু করে সৌর তাপ যেকোন কিছু হতে পারে।ইঞ্জিনের সিলিন্ডারের
ভিতরে কোন দহন প্রক্রিয়া ঘটেনা।

 

স্টার্লিং চক্রঃ

আদর্শ স্টার্লিং চক্র  তাপগতিবিদ্যার চারটি প্রক্রিয়া নিয়ে সংগঠিত হয়।

 

১-২ প্রক্রিয়াঃ সমতাপীয়
প্রসারণ (Isothermal expansion)

২-৩ প্রক্রিয়াঃ স্থির-আয়তন তাপ
নির্গমণ(constant volume heat rejection)

৩-৪ প্রক্রিয়াঃ সমতাপীয় সংকোচন(Isothermal
compression)

৪-১ প্রক্রিয়াঃ স্থির-আয়তন তাপ
গ্রহণ(Constant volume heat addition)

 

 

স্টার্লিং ইঞ্জিনের ভিতরে একটি
নির্দিষ্ট পরিমান গ্যাস ভরে সিলিন্ডারটিকে সম্পূর্ণরূপে বায়ুরোধী করা হয়।এতে
গ্যাসের দুটি বিশেষ বৈশিষ্টকে কাজে লাগানো হয়।

১.যদি কোন নির্দিষ্ট পরিমান
গ্যাসকে একটি নির্দিষ্ট আয়তনের জায়গায় রেখে এর তাপ বৃদ্ধি করলে এর চাপ ও সাথে সাথে
বৃদ্ধি পাবে।

২. যদি কোন নির্দিষ্ট পরিমান
গ্যাসকে একটি নির্দিষ্ট আয়তনের জায়গায় রেখে এর চাপ বৃদ্ধি করলে এর তাপ ও সাথে সাথে
বৃদ্ধি পাবে।

 

 

 

একটি সরলীকৃত স্টার্লিং ইঞ্জিন
কে ব্যাখ্যা করা যাক। একটি দুই সিলিন্ডার বিশিষ্ট স্টার্লিং ইঞ্জিন এর ঊদাহরণ এবং
কার্যক্রম ব্যাখ্যা করা হলঃ

প্রক্রিয়া ৪-১

 

 

ইঞ্জিনের গ্যাসটিকে(working
fluid) আয়তন স্থির রেখে তাপ বৃদ্ধি করার ফলে চাপও বৃদ্ধি পাচ্ছে।

 

 

 

 

 

প্রক্রিয়া ১-২

স্থির তাপমাত্রায় গ্যাসের আয়তন
বৃদ্ধি পায় ফলে চাপও কমে যায় এবং এই বর্দ্ধিত আয়তন পিস্টনকে উপরের দিকে ঠেলে দেয়।

 

 

 

 

 

 

 

 

 

এরপর সম্পূর্ণ গ্যাস শীতল
সিলিন্ডারে স্থানান্তরিত হয়।

 

 

 

প্রক্রিয়া ২-৩

গ্যাসকে আয়তন স্থির রেখে শীতল
করার ফলে তাপমাত্রা কমে যায় এবং সেই সাথে চাপও কমে যায়।

 

 

 

 

 

 

প্রক্রিয়া ৩-৪

তাপমাত্রা স্থির রেখে গ্যাসকে
সংকোচিত করা হয় ফলে গ্যাসের আয়তন কমে যায় এবং
চাপ বৃদ্ধি পায়।

 

 

 

 

 

 

 

 

 

গ্যাসকে উষ্ণ সিলিন্ডারে
স্থানান্তরিত করা হয়।

 

 

 

 

 

 

স্টালিং ইঞ্জিন শুধুমাত্র
প্রক্রিয়া ১-২ তে শক্তি উৎপন্ন করে।এই শক্তি উৎপাদন দুই ভাবে বৃদ্ধি করা যায়।

১. প্রক্রিয়া ১-২ তে শক্তি
উৎপাদন বৃদ্ধি করাঃ এখানে উষ্ণ গ্যাসের চাপ পিস্টন কে উপরের দিকে ঠেলে দেয় ফলে কাজ
সম্পন্ন হয়।যদি এই চাপকে আরো বৃদ্ধি করা যায় তবে শক্তি উৎপাদনও বেড়ে যাবে।আর এই
চাপ বৃদ্ধি করা যাবে তাপমাত্রা বৃদ্ধি করে।

২. প্রক্রিয়া ৩-৪ এ শক্তির ব্যবহার কম করেঃ এখানে পিস্টন প্রক্রিয়া
১-২ তে উৎপন্ন শক্তির একাংশ ব্যবহার করে গ্যাসের উপর কাজ সম্পন্ন করে।যদি ব্যবহৃত
এই শক্তির পরিমান কম করা যায় তবে শক্তি উৎপাদন বৃদ্ধি করা যবে।চাপ কম করে এখানে
শক্তির ব্যবহার করা যেতে পারে। গ্যাস কে আগে থেকেই শীতল করে তাপমাত্রা কমানো গেলে
চাপও কমে যাবে।

এখানে আদর্শ স্টার্লিং
ইঞ্জিনের কথা বর্ণনা করা হল,কিন্তু প্রকৃত স্টার্লিং ইঞ্জিন কার্যক্রিয়া এর
শারীরিক গঠনের কারণে একটু ভিন্ন হয়ে যায়।

 

বিভিন্ন প্রকারের স্টার্লিং
ইঞ্জিন এবং এদের কার্যক্রিয়াঃ

স্টার্লিং ইঞ্জিন সাধারণত ২ ধরনের হয়ঃ

•  আলফা
  স্টার্লিং অথবা দুই পিস্টন বিশিষ্ট স্টার্লিং ইঞ্জিন

• বিটা স্টার্লিং অথবা ডিসপ্লেসার যুক্ত স্টার্লিং
  ইঞ্জিন

 

১. আলফা স্টার্লিং অথবা দুই পিস্টন বিশিষ্ট স্টার্লিং ইঞ্জিন

আলফা স্টার্লিং ইঞ্জিনে দুটি
আলাদা সিলিন্ডার থাকে এবং প্রত্যেক সিলিন্ডারে একটি করে পিস্টন থাকে। একটি
উষ্ণপিস্টন এবং একটি শীতল পিস্টন। উষ্ণ পিস্টন সিলিন্ডারটি থাকে উচ্চ তাপমাত্রার
হিট এক্সচেঞ্জারের ভিতরে আর শীতল পিস্টন সিলিন্ডারটি থাকে শীতল হিট এক্সচেঞ্জারের
ভেতরে। এই জাতীয় ইঞ্জিনের শক্তি ও আয়তনের অনুপাত অনেক বেশি কিন্তু উষ্ণ পিস্টন
সিলিন্ডারে খুব বেশি তাপমাত্রা এবং সিলিন্ডারের বায়ুরোধীকরণ নিয়ে কিছু প্রযুক্তিগত
সমস্যা থাকে।

এখানে অধিকাংশ গ্যাস উষ্ণ
সিলিন্ডারে আছে এবং এখানকার উচ্চ তাপমাত্রার কারণে গ্যাসের আয়তন বৃদ্ধি পায় এবং
উষ্ণ পিস্টনটিকে সিলিন্ডারের বাইরের দিকে ঠেলে দেয়। গ্যাসের এই আয়তন প্রসারণ শীতল
সিলিন্ডার পর্যন্ত চলতে থাকে,যা উষ্ণ সিলিন্ডার থেকে চক্রে ৯০ ডিগ্রী পেছনে এবং
উষ্ণ গ্যাস থেকে কাজ করিয়েনেয়।

 

 

 

 

 

 

 

 

 

এখানে গ্যাসের সর্বোচ্চ আয়তন
হয় এবং উষ্ণ সিলিন্ডার পিস্টন গ্যাসকে শীতল সিলিন্ডারের দিকে ঠেলে দিতে থাকে। শীতল
সিলিন্ডারে যাবার ফলে গ্যাস শীতল হয় এবং আয়তন সংকুচিত হয়।

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

এখানে অধিকাংশ গ্যাস শীতল
সিলিন্ডারে শীতল হতে থাকে । ফ্লাইহুইলের গতিবেগ পিস্টনের এই ভ্রমণ কে নিয়ন্ত্রন
করে।

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

এখানে গ্যাসের আয়তন সর্বনিম্ন
হয় এবং এরপর উষ্ণ সিলিন্ডারে আবার গ্যাস গরম হয় এবং একই প্রক্রিয়া বারবার চলতে
থাকে।

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

২.বিটা স্টার্লিং অথবা
ডিসপ্লেসার যুক্ত স্টার্লিং ইঞ্জিন

এতে একটি মাত্র সিলিন্ডার থাকে
এবং দুটি পিস্টন থাকে যার মধ্যে একটি হচ্ছে ডিসপ্লেসার পিস্টন আরেকটি পাওয়ার
পিস্টন। ডিসপ্লেসার পিস্টন আলগা ভাবে লাগানো থাকে আর প্রসারিত গ্যাস থেকে কোন
শক্তি শোষণ করেনা,বরং গ্যাসকে উষ্ণ হিট এক্সচেঞ্জার থেকে শীতল হিট এক্সচেঞ্জারে
যেতে সহায়তা করে। যখন গ্যাস সিলিন্ডারের উষ্ণ প্রান্তে যায় তখন এটি পাওয়ার
পিস্টনকে ধাক্কা দেয় আর যখন শীতল প্রান্তে যায় তখন এটি সংকুচিত হয়। আর সমগ্র
প্রক্রিয়া ফ্লাইহুইলের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রণ করা হয়। বিটা ইঞ্জিনে বায়ুরোধীকরণ নিয়ে
কোন প্রযুক্তিগত সমস্যা হয়না।

 

 

 

 

পাওয়ার পিস্টন গ্যাসকে সংকুচিত
করে আর ডিসপ্লেসার পিস্টন গ্যাসকে উষ্ণ হিট এক্সচেঞ্জারের প্রান্তে যেতে সহায়তা
করে।

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

উষ্ণ গ্যাস সিলিন্ডারের ভিতরের
চাপ বৃদ্ধি করে এবং পাওয়ার পিস্টন কে উপরের দিকে ঠেলে দেয়।এটি পাওয়ার স্ট্রোক।

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ডিসপ্লেসার ইঞ্জিন সম্পূর্ণ
নিচের দিকে চলে যায় এবং গ্যাস কে উপরের দিকে যেতে বাধ্য করে।

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

কেন সাধারণত স্টার্লিং ইঞ্জিন
ব্যবহার করা হয়নাঃ

প্রধান কারণ হচ্ছে বাহ্যিক
তাপীয় উৎস। উষ্ণ সিলিন্ডারের তাপে সাড়া দিতে ইঞ্জিনের কিছুটা সময় লাগে,কারণ
বাহ্যিক তাপ সিলিন্ডারের দেয়াল দিয়ে পরিবাহিত হয়ে ইঞ্জিনে রাখা গ্যাসের সংস্পর্শে
আসে,যা অনেক সময় সাধ্য ব্যাপার। এর মানে

Ø
ইঞ্জিন
শক্তি উৎপাদনের পূর্বে কিছু সময় লাগবে ইঞ্জিন গরম হতে।

Ø
ইঞ্জিন তার
শক্তি উৎপাদনের পরিমাণ তড়িৎ বদল করতে পারেনা।

 

স্টার্লিং ইঞ্জিনের ব্যবহারঃ

বিভিন্ন ক্ষেত্রে স্টার্লিং
ইঞ্জিন ব্যবহৃত হয়,যেমনঃসম্মিলিত তাপ ও শক্তি উৎপাদন,সৌর শক্তি উৎপাদন, হিট পাম্প,
মেরিন ইঞ্জিন, আণবিক শক্তি, গাড়ির ইঞ্জিন,উড়োজাহাজের ইঞ্জিন ইত্যাদি।
বাংলাদেশে  ড.  এল. মেরিক লকউড ৮০ শতকের শুরুর দিকে স্টার্লিং
ইঞ্জিন তৈরি করেন,এটি ধান মাড়াইয়ের কাজে ব্যবহৃত হয়। আর গৌরবের বিষয় এইযে, এটি স্টার্লিং ইঞ্জিনের সেরা দশটি ব্যবহারের মধ্যে একটি।

 

সৌর শক্তি উৎপাদনে ব্যবহৃত
একটি স্টার্লিং ইঞ্জিন

 

 

 

ছবি সূত্রঃ

http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/2004/images/jpg/stirling-engine.jpg

 

 

 

 

 

 

বাংলাদেশে ড.  এল. মেরিক লকউড এর স্টার্লিং ইঞ্জিন

 

 

 

তথ্যসূত্রঃ

http://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine

http://auto.howstuffworks.com/stirling-engine.htm